機器人為植物葉片注入感測器監測水分與基因
35
文章來源 : 農業科技決策資訊平台 2025-12-10
目前農業正面臨氣候變遷加劇、乾旱頻發與養分流失等環境壓力，傳統植物監測手段多依賴人工或侵入式方法，不僅效率低下，更難以實現單株級別的精準管理。為突破此困境，美國康乃爾大學研究團隊提出「微創監測」理念，旨在開發能即時掌握個體植物生理狀態的高效技術，以提升作物產量並減少資源浪費。在此背景下，軟體機器人技術成為解決痛點的關鍵路徑。
研究團隊以仿生設計為靈感，開發出一套具自適應能力的軟體夾爪系統。這個系統的核心在於低剛度海綿軟頭，經過有限元素模擬優化結構後，能夠順應不同葉片的曲率均勻施壓，顯著減少局部應力集中造成的損傷。夾爪整合了雙功能注射系統，能同時注入AquaDust感測器凝膠和RUBY質粒等基因載體，讓單次操作即可實現生理監測與基因轉殖。內建的壓力感測器還能即時調節施力，確保操作過程不會對植物造成損害。原型設備經3D列印製成，並在向日葵與棉花葉片上進行對照實驗，與傳統針頭注射進行組織損傷與遞送效率的比較。
研究發現軟體夾爪在棉花葉片上的注射成功率達91%，比傳統針頭注射提升了2.3倍，且有效注入面積擴大12倍。組織切片分析證明，夾爪造成的微創傷口面積遠低於針頭注射。透過AquaDust感測器，團隊能即時監測葉片水壓變化，而RUBY基因標記則能精準定位轉殖區域，實現「注射即觀測」的驗證。這項技術使單株級基因編輯效率提升40%，為作物改良和分子育種提供了全新平台。
此項研究發表在2025年《Science Robotics》期刊，研究貢獻在於徹底改變了植物監測與基因工程的操作方式。軟體機器人夾爪開創了非破壞性介入的新標準，解決了過去因組織損傷導致數據失真的問題。這項技術可望推動精準農業的實用化，未來能整合至溫室機器人系統，實現單株級水分與養分調控，預計能減少30%的灌溉浪費與20%的化肥使用。更重要的是，這項技術驗證了軟體機器人作為基因載體的可行性，為抗病抗旱作物的開發開闢了高效新途徑。團隊目前正將這項技術擴展至氮素代謝監測，並計劃開發田間適用版本，期望五年內能應用於大規模農場，進一步推動農業生產的智慧化與永續發展。
0 則留言
